谈谈汤加火山的喷发。
所以，我们先来说说汤加的这次火山爆发。
1.汤加位于火山多发区。
汤加位于环太平洋著名的“火环”上，是汤加-克马德克群岛高度活跃的火山弧的一部分(见图1)，是地震和火山的多发区。目前汤加共有大小火山16座，其中活火山12座。(注意，一万年以上不活动的火山可以称为死火山。因此，火山喷发活动在汤加可以说是常见的。
2.汤加的火山是一座俯冲火山。
汤加位于印度洋-澳大利亚板块和太平洋板块的交汇处，是从新西兰东北部延伸到斐济的俯冲带的一部分。在这里，太平洋板块向西潜入澳大利亚板块之下，形成了地球上第二个深渊——汤加海沟，水深近10800米。这个地区的火山被称为海沟火山或俯冲火山。图2是地球上三种类型火山的示意图，俯冲火山在图的右侧用红线框起来。
当海洋板块俯冲时，会将沉积岩、玄武岩和海水带入地幔深处。随着俯冲深度的增加，俯冲板块不断变质脱水。俯冲板块释放的气体加速了上挤压板块地幔的熔融，形成岩浆上涌，最终沿着俯冲带形成俯冲火山的火山弧。从形成机制上不难理解，俯冲火山的喷发往往伴随着高压气体。汤加的火山就是这样一座火山。(因为俯冲带通过火山喷发不断吞噬旧板块，吐出新岩石，所以有人说俯冲带是地球的回收工厂，这不是没有道理的。)
3.不寻常的海底火山
65438+10月15日，火山爆发发生在汤加首都努库瓦洛法以北65公里的两个无人岛Hunga-Ha'apai和Hunga-Tonga附近。该岛海拔约100米。巨大的火山隐藏在岛边的海浪下，高约1800米，宽约20公里。陨石坑的中心是一个直径约5公里的凹陷。参见图3。
图中虚线为火山口的大致边缘线，中间火山口中心最深，水下约150-200米。两个小岛，即Hunga-Ha'apai和Hunga-Tonga，实际上位于这个巨大火山口的边缘。
这座火山在过去几十年中频繁喷发，但喷发规模并不大。最近两次是在2009年和2014/15，都发生在陨石坑边缘。2009年的喷发形成了火山锥(标记为2009年锥)。2014/15年喷发产生的火山锥(图中标为2015锥)将原来的两个亨加岛连接起来，形成了现在的长约5公里的组合岛。
在这次爆炸之前，2021，13，2022年2月20日有两次中型喷发，产生高达17 km的火山灰云柱，并在2014/15形成了一个联合岛。5438年6月+65438年10月+2022年5月的火山爆发属于爆发性喷发，所以我们称之为喷发，以区别于一般的喷发。
4.大爆发有多强？
汤加火山爆发引起全球关注，原因有二。第一，疫情极其猛烈。第二，这次爆发有一些不同，有些现象需要科学家进一步解释。
那么，这次的爆发到底有多厉害呢？我们从以下几个方面来看。
爆炸声
爆炸产生的爆炸声不仅在斐济、萨摩亚等邻近岛国都能听到，在2000公里外的新西兰也能听到。令人难以置信的是，几乎一万公里外的阿拉斯加安克雷奇和加拿大育空都听到了一连串的爆炸声或隆隆声，持续了几十分钟。
冲击波
卫星捕捉到了爆炸产生的强大冲击波在太平洋扩散的场景。新西兰和澳大利亚的气象站记录到了相当大幅度的气压波动。甚至在瑞士和英国，气压的波动也被测量过。冲击波似乎绕着地球转了好几圈，因为在日本和犹他州记录了四次，在美国其他地方至少记录了两次。这也是很难得的。
火山云柱
火山喷发产生的火山灰和水蒸气形成的蘑菇状火山云柱高20公里，直径260公里(有人说500公里)。火山灰颗粒和有害气体进入大气层的平流层，直到距离地面39公里。
地震/海啸
火山爆发在汤加及其邻国斐济和萨摩亚引发了海啸。海啸波传播数千公里到达新西兰和澳大利亚。包括新西兰、日本、美国阿拉斯加州和加利福尼亚州、俄罗斯远东地区、智利和秘鲁在内的许多地方都报告了不同程度的破坏性海啸。
至于海啸波的高度或强度，目前没有确切统一的说法。媒体报道中也有一些不一致的地方。汤加首都努库阿洛法的一个潮汐记录仪在记录了1.5m的海浪后被损坏..有媒体称海啸波高1.5米。这显然是低估了。汤加政府确认的海啸波最高高度为15m。这似乎印证了海啸给附近几个岛屿带来的毁灭性灾难。但与周边几个岛国测得的数据并不一致。相信专家对此会有进一步的研究。
初步评估
这次火山爆发摧毁了汤加与外界连接的海底电缆，切断了汤加与外界的联系。这给这次火山活动的评价带来了一些困难。初步估计这次火山喷发的火山爆发性指数(VEI)为5，也就是说估计喷发了1立方千米的火山物质。它释放的能量最初估计是1000万吨TNT当量，后来又说是400万到1800万TNT当量。如果与广岛原子弹的TNT当量1.5万吨相比，是266-1.2倍。然而，与原子弹不同的是，这次火山爆发造成的主要灾害是海啸和火山灰，而不是冲击波。
这是自1991年菲律宾皮纳图博火山喷发以来，近30年来世界上最强的一次火山喷发，也是该火山千年一遇的一次喷发(上一次是1100)。
幸运的是，虽然爆发异常猛烈，但也只持续了10分钟。而且估计近期不会再发生同等强度的大爆炸。此外，由于火山灰颗粒和二氧化硫进入平流层的量相对较少，估计不足以引起全球气候的明显变化。
图像数据
爆炸发生时恰好有三颗卫星在附近，拍下了极其珍贵和震撼的爆炸过程。
(点击此处查看动态图片)
5.为什么这么暴力？
这次爆炸的场景极其震撼，引发了众多讨论。这次喷发的独特之处在于岩浆不是喷出而是爆炸，是爆发性喷发。专家认为，爆炸的原因有两个:一是俯冲火山的岩浆经常伴随着高压气体喷出。第二，火山爆发的位置显然不是在火山口边缘，而是在火山口中间的某个地方，水下。那里最深处是150-200米，水下压力可达15-20个大气压左右。
可想而知，当巨量高温岩浆带着高压火山气体冲出火山口时，海水无法在岩浆外形成稳定的保护层来缓慢冷却岩浆，于是岩浆和海水形成了连锁反应:高温岩浆直接与水和气体大面积接触，引起剧烈爆炸，进一步将岩浆撕裂成更多的碎片，新的岩浆碎片将新鲜的高温内表面暴露在水中，爆炸反复进行，形成连锁反应。可以猜测，爆炸的位置在适当的深度，这里的水下压力不足以完全阻挡水下爆炸，但足以使水下爆炸积聚能量，最终达到武器级的极其剧烈的爆炸，冲出水面，喷射出大量的火山粒子，产生接近超音速的音爆。这就是我们看到和听到的巨大火山蘑菇云和巨大冲击波。
随后，爆炸导致火山口顶部向内塌陷，引发海啸。同时，火山口的塌陷加大了海水的冲击力，缩短了爆炸的持续时间。我们看到火山爆发后，洪家-汤加-洪家-哈白组合的岛屿再次分裂，这应该是火山口塌陷的证据。
6.对全球气候的影响
也许人们更关心这次火山活动对全球气候的影响。强烈的大规模火山爆发会使全球平均气温下降，甚至引发所谓的“火山冬天”。这是因为火山爆发含有火山灰、水蒸气和二氧化硫。如果这些物质在大气的对流层，它们会随着降雨落回地面。但这些物质一旦进入大气的平流层，就会形成以硫酸珠为核心的气溶胶，在平流层停留很长时间。如果有足够的气溶胶，它们会反射一些太阳光(回到太空中)并吸收一些太阳辐射能量。这样地球表面接收的太阳能减少，温度也相应降低。因此，有多少二氧化硫气体进入平流层可以用来评估对温度变化的影响。
我们可以对比一下三十年前皮纳图博火山的喷发(1991)。
皮纳图博* * *喷出10立方千米的火山物体；汤加火山这次是1立方千米(前者的10%)；
皮纳图博火山爆发后，约有2000万吨二氧化硫气体进入平流层。这次汤加火山只有40万吨(前者的2%)；
皮纳图博火山爆发导致全球气温平均下降约0.4℃，持续时间约两年。据专家估计，汤加火山爆发不会对全球气温产生明显影响，但可能在短时间内(半年左右)使南半球气温下降约0.1℃。
紫色日落
目前平流层中的气溶胶量虽然不足以影响全球气温变化，但仍然会散射太阳光，尤其是蓝光。因此，专家预测，未来几个月，南半球将会出现五彩缤纷的日出和日落，甚至是紫色的日落。
我从未见过紫色的日落。出于好奇，我去了悉尼的一个海边玩了几天，看日落。不知道下面这些照片是不是所谓的紫色夕阳。
7.结论
据说世界上至少有500座活火山，每天都有几十座火山喷发，但大多数都不被人注意。
火山和地震都是地球生命力的表现。据说地球表面的80%都与火山爆发有关。地球正在逐渐变冷，火山和地震活动也在逐渐减少。一旦地球上的火山和地震活动停止，地球就会“死亡”。这一天终会到来，但离今天还有几百万甚至几十亿年。